一维磁粒子成像系统性能测试分析及其成像研究

摘要

磁粒子成像(Magnetic Particle Imaging，MPI)是一种全新的医学成像技术，其通过超顺磁性纳米粒子对变化磁场非线性响应的原理对磁粒子浓度的空间分布进行成像。系统的选择场由两个大小相等的磁场同磁极相对来产生，并在磁场区域中心形成无磁场点(Field Free Point，FFP)，即磁场强度为零的点。然后使用由电磁线圈产生的周期变化的驱动场来促使FFP扫描整个样本空间。当FFP经过磁粒子时，接收线圈就能检测到粒子磁化强度发生的变化。磁粒子分布的信息存在于感应电压信号中的高频谐波部分，因此需要使用高通滤波器除去基波信号，然后使用滤波后的磁粒子信号(Magnetic Particle Signal，MPS)进行图像重建。
　　论文首先介绍了 MPI成像的基础理论知识，包括磁粒子的顺磁性、超顺磁性特性及磁流体的概念，并介绍了适用于模拟磁粒子的二阶修正平均场理论，讨论了磁粒子的粒径对朗之万函数和点扩散函数的影响。其次介绍了MPI扫描系统的搭建，分别使用电磁线圈法和永磁铁法搭建了两组MPI成像扫描仪，通过实验采集到的数据与仿真数据对比，选择合适的方式来产生MPI成像系统所需的选择场。随后文章引入了MPI图像重建中经常使用的两种重建算法：系统矩阵法和X-Space法，并分析了两种算法的优缺点。然后使用搭建的小型一维MPI成像系统采集接收信号，并讨论了两种高通滤波器（巴特沃斯高通滤波器和切比雪夫高通滤波器）对磁粒子信号的滤波效果。最后使用 X-Space法对滤波后的信号进行了一维 MPI图像重建，并对成像结果进行了分析，不仅证明了一维系统的可行性，而且验证了直流信号的缺失对MPI图像的影响。

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第一章 绪论

1.1 MPI的研究背景及意义

1.2 MPI研究现状及发展动态

1.3论文的组织

第二章 MPI基础理论知识

2.1 磁纳米粒子与顺磁性

2.2 超顺磁性

2.3 磁流体

2.4 单粒子模型和二阶修正平均场理论[37]

2.5 MPI成像原理简介

2.6 磁粒子粒径对磁化曲线的影响

第三章 一维MPI扫描系统的搭建

3.1 电磁线圈法

3.2 永磁铁法

3.3 本章小结

第四章 一维MPI图像重建

4.1系统矩阵法

4.2 X-Space法

4.3 MPI图像的重建

4.4 MPI成像结果分析

第五章 总结与展望

参考文献

致谢

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